K ê n h logic là kênh m ang th ơ n g tin cần truyền giữa BTS và MS. Các kênh logic được sắp x ế p ớ các kênh vật lý. Dựa vào loại thơng tin m a n g trên kênh logic, người ta chia làm hai loại kênh logic đ ĩ là:
- K ênh lưu lượng TC H (Traffic C hannel) - K cnh diều khiển CC H (Control C hannel)
- Luân vãn tơt nghicp - Chươns 3 : Giao tiếp vỏ ill veil iro n s G SM
3.1.2.1. Kcnh lưu lượng (Traffic channels):
K ê n h lưu lượng là kênh được sử dụng c h o c á c dịch vụ thoại và sơ liệu, là kênh đường lèn và xuống, điếm tới điểm . C ĩ hai d ạn« kênh lưu lượng đ ĩ là:
- K ê n h tồn tốc Bm (TCH/F): T ốc đ ộ truyề n dẫn là 13 K bps - K ê n h b á n tốc L m (TCH /H ): T ố c độ truyền dẫn là 6,5 Kbps
Chú v:
Đ ể cĩ thể truyền dẫn ở tốc đ ộ 13 K bps phù hợ p với m ạn g s ố liệu cĩ tốc độ truyền d ẫ n cơ sờ 64 Kbps luật A, (hoặc 56 K b p s luật ịi). M ộ t phươ ng thức m ã hĩa tín hiệu thoại đặc biệt đ ã dược sử d ụ n g c h o GSM:
- T ố c đ ộ lấy máu: 8000 m ẫu/s - M ỗi m ẫu được m ã h ĩ a 13 bits.
- 2 0 m s tạo thành m ột c ụ m m ã hĩa 260 bits (13 K bps)
- Mỗi cụ m dược c h ia theo mức đ ộ quan trọng thành lớp 182 bits q uan trọng và 78 bits khơng q uan trọng lắm.
- Đê c h ố n g lại lỏi truyền dẫn, lớp 182 bits dược m ã thành 378 hits.
- Kết q u ả là m ột đ o ạ n (20 m s) bao gồm 4 5 6 bits (378 hits + 78 bits) được chia Ihành 8 khối 57 bits (8 X 57).
- D ịng s ố liệu dược c h u y ể n di ở các khe thời gian T D M A .
3.1.2.2. Kênh Điều khiên (Control channels):
K ênh dieu khiển là kênh m a n g th ơ n g tin b á o hiệu h a y đ ồ n g bộ lại, được chia thành 3 loại kênh d ĩ là:
■ C á c kênh q u ả n g há BCH (B roadscast Channel):
o K ènh hiệu c h ỉn h tần s ố FCCH (F re q u e n c y C orrection Channel): kênh này m an g th ơ n g tin đ ể hiệu chỉnh tần s ố củ a MS. L à kênh đường xuống, điếm tới đ a đ iểm .
o K ênh đ ổ n g bộ SCH (Synchronous Channel): K ênh này m a n g thịng tin đế d ồ n g bộ c h u n g (số k h u n g T D M A ) của MS và nhận d ạng BTS (BSIC). Là kènh đường xuống, điểm tới đa điểm .
o K c n h điều kh iển q u à n g há BCCH (Broadscast C ontrol Channel): K ênh này phát q u ả n s bá thơng tin chung c h o c á c M S ở c ùng một 0. T h ơ n g tin
- Luán vãn tốt nghiên - Chươns 3 : Giao liếp vị tuxẽn tronu GSM
này là các thơng tin xác định vị trí, định vị kênh vơ tuyến. Là kcnh dường xuống, điểm tới d a điểm .
■ K ê n h điều khiến chung CCCH (C o m m o n Control Channel):
o K ênh tìm gọi PCH (Paging Channel): K ênh n à y sử dụ n g đ ể tìm gọi MS. L à kênh đường xuố n g , đ iể m tới điểm .
o K c nh truy c ập ngẫu nhiên R A C H (R a n d o m A c c e ss Channel): K ênh nàv dược MS sử dụng đ ể trả lời tìm gọi hoặc để dành một SDCCH. hoặc để thâm n h ậ p khi khới đ ầ u , hoặc đ ể d ă n g ký c u ộ c gọi. Là kênh đường lên, điểm tới điểm .
o K ê n h c h o phép truy cập A G C H (A c c ess G rant Channel): K ênh này sử dụ n g để d à n h m ộ t SD CCH hay trực tiếp m ột T C H c h o m ột MS. Là kênh đường xuống, đ iểm tới điểm .
■ K c n h điều khiển c huyê n d ụ n g DC CH (D edicated Control Channel):
o K ê nh điều khiển chuyơn d ụ n g độc lập SDCCH (Stand alone dedicated control Channel): K ê n h này sử d ụ n g đ ể báo hiệu c h o hệ thống khi thiết lập cu ộ c gọi trước khi c ấp m ộ t k ênh TCH. Các th ơ n g tin n à y c ĩ thể là c ác thịng s ố nhận thực, d ă n g ký, c h uyến vùng. Là kênh đường lên/xuống, đ iểm tới điểm .
o K ê n h đ iều khiến liên kết c h ậ m SA CCH (Slow A ssociated Control C h a n n e l) (liên kết với T C H hoặc SD CCH ): K ênh này s ử d ụ n g đ ể m an g th ơ n g tin liên tục về các thơng báo đ o đạc từ trạm di độ n g về cường độ tín hiệu thu được từ các ơ hiện thời và các ơ lân cận. T h ơ n g tin này phục vụ c h o chức n ă n g c h u y ể n giao. N ĩ c ũ n g được sử d ụ n g cho việc điều khiển c ơ n g suất của M S và đế đ ồ n g bộ thời gian. M ột khối SA CCH (456 bits) được gửi đi theo chu kỳ 4 80 m s trên m ột khe thời gian sử d ụ n g cho T C H hoặc SD CCH . L à kênh đường lên/xuống, điếm tới điểm .
o K ê n h điều khiển liên kết nhanh F A C C H (Fast A ssociated Control C h a n n e l) liên kết với TCM: F A C C H làm việc ờ chê độ “ lấy trộ m ” , nghĩa là nếu trong khi truyền dẫn bỗng nhiên cần trao dổi thơng tin báo hiệu với hệ th ố n g ờ tốc đ ộ lớn hơn nhiều so với khả n ă n g c ủ a SACCH. C hẳng hạn như trường hựp c h u y ê n giao thì F A C C H sẽ “ lấy trộ m ” các c ụm bít 20 m s s ố liệu (tiếng) sử d ụ n g cho việc truyền báo hiệu. Người sử dụng vẫn khỏng n g h e gián đoạn vì bộ giải m ã thav th ế 20 rns tiếng thiếu bằng m ột chuỗi bit nội suy. L à kênh đườ ng lên/xuống, đ iểm tới điểm.
- Luân vãn tốt nghiëp - Chương 3 : Giao liếp vơ [ỵỵến iro n s G SM K ê nh lưu lượng ( T C H ) ‘ K ê n h tồn tốc Bm (TCH /F) K ê n h b á n tốc Bm (TCH /F) Hai chiều K ênh q u ả n g bá (BCH) K ê n h đ iề u khiển
K ênh dieu khiên chu n g C C C H K ê nh điều khiển c h u y ê n dụ n g D C C H _ K ê n h hiệu chỉnh tần s ố FCCH - K ênh đ ồ n g bộ SCH - K cnh điều khiển q u ả n g bá BCCH " K ê n h tìm gọi PCH K ê nh c h o p hép thâm n h ậ p A G C H - K ênh thâm n hập ngẫu nhiên R A C H
- K ênh điều khiển c h uycn d ụ n g đ ộ c lập SD CCH - K ênh đ iều khiển liên kết c h ậ m S A C C H K ênh điều khiến liên
kết nha n h PA CCl [ A Một chiều r t ừ B T S đ ế n M S M ộ t c hiều từ M S đến BTS Hình 3.2: K ê nh logic tro n g G SM . 3.2. C ấ u t r ú c k h u n g T D M A , k iể u k ê n h , k iê u B u r s t t r o n g m ạ n g G S M :
N g u y ê n lý m ật m ã đường vơ tuyến (C yphcring) s ử dụ n g một thơng s ố là số k h u n g T D M A . Do vậy BTS phải đ á n h s ố k hung ở d ạ n g c hu trình.
C á c kênh cĩ đ ộ rộng b ăng thơng 2 00 K hz trong G S M được tiếp tục c h ia thành c á c k h e thời g ian 577 |! S , với 8 khe thời gian hình th àn h m ộ t khung T D M A 4.6 ms. M ộ t đ a k h u n a (120 hoặc 23 5 m s) được ghép bởi 2 6 hoặc 51 k h u n g T D M A . tuỳ thuộc vào đ ĩ là kênh lưu lượng hay kênh điều khiển. M ột siêu k h u n g (6.12 s) dược g hép bởi 51 hoặc 2 6 khung g h c p (tuỳ thuộc vào đ ĩ là kcnh lưu lượng hay kênh điều khiển). M ột s iêu siêu k hung được hình thành bới 2048 siêu k h u n g vĩi k h o ả n g thời gian là 3 giờ, 28 p hút, 53 g iâ y và 760 m s tương ứng s ố k h u n g trong m ột chu trình là 2715648 (2 21).
C ấ u trúc k hung '['D M A được kết hợp với c huỗi s ố 22 bits để nhận d ạ n g duy nhất k h u n g T D M A b ê n tro n a siêu siêu khung.
- Luán vàn tốt nghiép - Ch ươn s 3 : Giao tiếp VƠ liixcn Iro n s G SM
Chú ý:
K h u n g g hép g ồ m 26 khung: dùng để m a n g T C H , và SA CCH , FA C C H . 51 k h u n g g h c p n à y tạo thành m ộ t siêu khurm.
K h u n g g hép g ồ m 51 khung: d ù n g c h o các kênh đ iều kh iển BCH, và C C C H . 26 k h u n g g h é p này tạo thành m ộ t siêu khung.
5*7? (JÍ TDK A Fram® (4 6 ms)
0 1 2 3 4 5 6 7
26 Fram» Uulltrame ( 120 ma) , 51. Frame Uullirame (23* msl
0 1 2 23 24 25 0 1
___
2 48 49 50
ỉt. Uullilram® Superítame (6 12 s) 26 UuhitnamerSuperlrame . 1Ỵ 4)
0 ... 4
1 2 4 8 4 9 50
____ A
0 1 2 2 3 24 2 5
--- 4 . - - ' 2 0 Í S Su p«H ram «t = Hyperlrame <3 h 28 min 53 a 7 6 0 m 8)
0 1 2 2045 2046 2047
Hình 3.3: Cấu trúc khung T D M A trong G S M .
Céíc kcnh logic được gán vào cấu trúc k h u n g T D M A cĩ thể được n h ĩ m thành c á c kênh lưu lượng (TCI I) sử d ụ n g đ ê truyển đ ư a thoại hoặc d ữ liệu người s ử d ụng, kênh d iều kh iển (C C H ) s ử d ụ n g đế m a n g thơng tin đ ồ n g bộ và b á o hiệu. C á c k ê n h điều khiến c ị n dược c h ia thành c á c k ênh điều khiển phát q u ả n g bá, kcnh đ iều kh iển c h u n g , và kênh đ iề u khiển dược chỉ địnli.
T ố c đ ộ bít c ủa k ênh vơ tuyến trong CiSM là 270 .8 3 3 kbit/sec, tương d ư ơ n g với đ ộ dài k h e thời gian là 156.25 bits.
Đ e c h ố n g xung đột d ữ liệu, mỏi thiết bị đ ầ u cuối phải truyền c h ín h x á c tro n g khe thời g ia n c ủ a m ình với định thời khe thời gian được chỉ định. C ĩ m ộ t c á c h đơ n giản dể n g ă n các xung đột n h ư vậy là dự phịng m ột kh o ả n g thời gian bảo vệ đú dài đế đệm sự kh á c nhau về đ ộ dài dư ờ ng truyền. Cách khác để tránh xung đột c ụ m d ữ liệu (burst) là d ù n g kỹ thuật căn chinh thời gian. Kỹ thuật này c ĩ thế làm giám k h o ả n g thời gian bảo vệ, VI vậy I1Ĩ được á p dựna, cho phần lớn c á c hộ thống thịng tin di đ ộ n g m ặt đất T D M A .
- Luán vãn tơt nghiẽp - Chương ỉ : Giao tiếp vớ Ịỵỵến trous GSM
C ụ m ( B u r s t ) : Cụm là m ẫu Ih ơ n s tin ờ m ột khe thời gian, mỗi khe thời gian trong kh u n g T D M A chứa các dữ liệu đ ã được điều c h ế gọi là c á c c ụ m (burst). C ĩ 5 loại cụm khác nhau: c ụm thường, c ụm hiệu chính tần số, c ụ m giả, c ụm truy cập:
1. C ụ m t h ư ờ n g ( n o r m a l b u r s t ) : bao 2ồm c huỗi 3 bits bắt đầu, 116 bits tải tin, 26 bits tập huấn đe thiết lập bộ càn bàng (đế dối p hĩ với ảnh hường c ủa nhiễu đa đ ư ờ n g ), 3 bits kết thúc (theo yêu cầu c ủa bộ m ã hố kênh), và k h o ả n g thời gian b ả o vệ (cĩ đ ộ dài 8.25 bits - làm “đ ệ m ” đ ể cho p hép các c ụm cĩ kho ả n g thời gia n dến khác nhau trono các khc thời gian gần kề từ các MS nằm rải rác về địa lv). 2 hits trong 1 16 bits tải tin được k ênh điều khiến liên kết nhanh (F A C C H ) sử d ụ n g để b á o hiệu rằng c ụ m đ ã được m ượn, c ị n lại 114 bits d à n h cho tải tin.
0.577 (OS, 156,25 bits
< —
3 bits 58 bits 2« bits 58 bits 3 bits
--- >
8.25 bits Stait Payload Tïàininj
s<quenc« Payload Stop Gcaxđ P«iod
Hình 3.4: Cấu trúc c ụm thườ ng (norm al hurst)
2. C ụ m h iệu c h i n h t ầ n số: C ụm này được sử d ụ n g để hiệu chỉnh tần sơ. Nĩ được sứ d ụ n g dế m a n g thơng tin kênh FCCH.
o Các bít c ố định đều là 0
o C ác bit đuơi (TB: Tail bít) và k h o ả n g bảo vệ G P giống n hư c ụ m bình thườn«. 0 .577 Ị-IS, 156,25 bits N V x' TB 3 bit Các bit c ố định 142 bits TB 3 hit GP 8.25 bit H ình 3.5: Cấu trúc c ụ m hiệu chỉnh tần số
3. C ụ m d õ n g b ộ : C ụm này được sử d ụ n g đê đ ồ n g bộ thời gian c ủ a trạm di động. T h ơ n g tin c huỗi d ồ n g bộ và các bit m ật m ã m a n g th ơ n g tin s ố khung T D M A c ù n g với m ã n h ậ n d ạ n2, trạm gốc BSIC. Nĩ được sử d ụ n g để m ang thơng tin kênh SCH. (Số khung T D M A : m ột trong c á c tính n âng c ủ a G S M là bảo vệ thơng
- I .uán ván tơt rmhici) - Chương J : Giao tiếp võ ịỵỵến troua G SM
tin c ủa người sử dụng. Đ iều này được thực hiện n h ờ m ật m ã hĩa thịng tin trước khi phát. T h u ậ t tốn sử d ụ n g s ố khung T D M A như m ộ t thơng s ố đầu vào vì th ế m ỗ i k h u n g phái được đ á n h s ố khung. Khi biết s ố k h u n g T D M A trạm di đ ộ n g biết loại kênh logic n à o đ a n g được truyền).
0.577 [as, 156,25 bits
TR Các bii (luơc Chuỗi đồng b ơ Các bit đươe TB GP
3 bit mật mã (39 hits) (64 b i t s ) mật mã (39 bits) 3 bi« 8.25 bu
Hình 3.6: Cấu trúc c ụm đ ồ n g bộ
4. Cụm thâm nhập: C ụm này được sử dụ n g đ ế thâm n hập n g ẫ u nhiên và cĩ
k h o á n g bào vệ d ê d à n h c h o c á c c ụ m phát từ trạm di đ ộng. Vì cụm này thâm n h ậ p đầu tiên nên c ĩ cụm bit bảo vệ dài hơn so với các c ụ m kh á c đ ế khơng c h ồ n g lấn cụm này với các khe thời gian liếp theo.
____________ 0.577 n s. 156,25 bits________________________
T B ( 'huỗi (lổng bỏ Các hit dươc TB G P
'i bit (41 bits) niíỊi mũ (36 bits) 3 bit 6 8.25 hit
Hình 3.7: Cấu trúc c ụ m th âm n hập
5. C ụ m g iả: Cụm này được phát đi từ BTS, Cụm này k h ơ n g m an g thơng tin. khuơn m ẫu giống n h ư c ụm thường.
3.3. Mã hố tiếng, mã hố kênh và ghép xen:
3.3.1. M ã hố tiếng:
Mã h ĩ a tiếng cĩ 02 n hiệm vụ: [14] M ã h ĩ a thoại theo chuẩn G S M (13 Kbps)
Biến đổi tốc đ ộ d ữ liệu để thích ứng tốc đ ộ 6 4 K bps ( iuậl n P C M ) với tốc độ 13 K b p s (tốc đ ộ của chuẩn GSM).
- Luán vãn tốt nghiên - Chương 3 : Giao tiếp vĩ tuxêh tromi GSM
Ffed;a
iiíer-
tacs
Hình 3.8: Sơ đ ồ m ã hĩa tiếng, m ã hĩa kênh và bảo mật.
T h u ậ t tốn m ã íiố tiếng sứ d ụ n g trong G S M dựa trên I xung hình c h ữ nhật kích thích bộ m ã hố d ự báo tuvến tính trong k h o ả n g thời gian lấy trước dài (RPE- LTP). Bộ m ã hố tiếng tạo ra các m ẫu trong k h o ả n g thời g ian 2 0 m s ở tốc độ 13kb/s tạo ra 260 bils tren 1 m ầu hay 1 khung. 2 6 0 bit này được chia thành các bit lớp 1 (182bit) và lớp 2 (78bit) dựa trên 1 tính tốn c h ủ quan về độ n h ạ y c ủa chúng đối với lỗi bit, trong đ ĩ c á c bit lớp 1 được coi là n hạy c ả m nhất.
3.3.2. M á hố kénh và g hép xen:
Bộ m ã hố kênh c ĩ nhiệm vụ thêm vào c á c bit kiểm tra chăn lẻ và m ã liố xoắn nửa tốc đ ộ 2 60 bit đầu ra c ủa bộ m ã h o á tiêng. Đ ẩ u ra c ủa bộ m ã h o á k ênh là 1 khung 456 hit, d ư ợ c chia thành 8 đoạn 57 bít và được chèn liên tiếp thành 8 k h u n g T D M A
1 14 bít. N h ư vậy. mỗi 1 k h u n g T D M A tương ứng sẽ bao g ồ m 2 đoạn 57 bit từ 2 khung riêng biệt c ủ a bộ m ã hố k ênh 4 56 hit. Kết q u a c ủ a m ã hố kênh và ghép xen là đ ể tính tốn ánh h ư ở n g c ủ a pha d inh và các nguồn nh iễu kh á c tới lỗi bit.
M ã hĩa k ênh được thực hiện theo 05 hước sau: Ị14 1
■ M ã h ĩ a xoắn: C ung c ấp khả n ăng sửa lỗi b ằng việc thêm phần dư vào chuỗi phát.
■ T ạ o vịng kiểm tra phần dư CRC: Đ ê phát hiện lỗi c h o các hít d ữ liệu lớp 1 ■ Sắp xếp lại và chia đoạn: Sau khi m ã hĩa xoắn, các bit được sắp x ế p lại và được
c h ia thành 8 khung.
■ G h é p xen: Trong truyền lan vơ tuvến thường xảy ra fading ờ m ột thời điếm nào đ ĩ . chính vì vậy, g hép xen làm nhiệm vụ “ trải” thơng tin c úa c huỗi d ữ liệu trên 0 2 k h u n g đ ể c h ố n g lỗi đ á m .
- Luân ván tốt nglìiêp - Chươ/Ig 3 : Giao liếp võ Ịỵỵến tronịi CiSM
■ T ạ o cụm (Burst): Sau khi d ữ liệu được nén và c h ố n g lỗi, dịng d ữ liệu sẽ được nén (theo thời gian) vào khuơn d ạng c ụm (burst íorm at). V iệc dịch chuyên định thời các c ụ m c ĩ thể đ ược á p d ụ n g đê đổ n g bộ thời gian động.
K l.tit nliav
cãiL) uliat J bit (luoi
Ị {>0*11 K t>ĩ( H iO A Ì <1uạ< MU ìếOầ Tuih toan in-k) bir CKC M.bits pdass I) (n-ki bít kiém trn K 2x(n-k+j+M, + Mlfbts Bọ IIISÌ Jio;i x o a n n ic i toc d ọ 2x(n-k+j+M,) biE
M|, bic (dass II)
— V V Sáp 1 \ \ej) J;ìi -U Bo oJku - ỳ Tno vn chia 1 —ì (2 kJiei c um iBiưst 1 (lo-.ỊUi - V H ình 3.9: Sơ đồ m ã h ĩ a kênh. 3.4. C ấ u t r ú c v ù n g đ ị a giĩi c ủ a m ạ n g G S M : 3.4.1. V ùng phục vụ M S C /V L R :
V ù n g phục vụ là m ộ t bộ phận của m ạ n g dược địn h n ghĩa n hư là m ột vùng m à « đĩ cĩ thể gọi đốn m ột thuê bao di clộng MS c ĩ dữ liệu ghi ở V L R . M ạng CÌSM/PLMN được chia thành m ột hay nhiều vùng phục VỌI M SC /V L R .
3.4.2. V ùng định vị LA (Local Area):
V ù n g định vị là m ộ t p h ầ n c ủ a vùng phục vụ M S C /V L R m à ở đ ĩ trạm (li dộng cĩ thể c h u y ể n đ ộ n g lự d o m à k h ơ n g cần c ập nhật thơng tin về vị trí cho tổng đài M S C /V L R đ iề u kh iển vùng định vị này.
V ùng địn h vị này là m ộ t vùng thơng báo tìm gọi th u ê bao di đ ộ n g bị gọi. M ạ n g nhận d ạng một vùng định vị b ằng cách sử dụ n g nhận d ạ n g vùng định vị (LAI: L ocal A rea Idenũty).
V ùng đ ịn h vị c ĩ thê c ĩ m ột s ố ơ và phụ thuộc vào m ột hav vài BSC n h ư n s nĩ chì thuộc một M S C /V L R .
3.4.3. Ơ (Cell):
V ù n2 định vị dược c h ia thành m ộ t số ơ. ồ là một vùng phú sĩ n g vơ tuyến dược m ạng n h ậ n d ạ n g b ằng nhận d ạ n g ơ tồn cầu (CGI: Cell G lobal Identity).
T rạ m di đ ộ n g nhận d ạng một ị bằng cách sử d ụ n g m ã nhận d ạng trạm gốc (BSIC: Base Stẳon klentity Code).
- ỉ .lúm vân tốt nuhiịp - Clitrưn.u 4: Bào mơ Ị thơn a tin trong CÌSM
C H Ư Ơ N G 4 : A N T O À N T H Ơ N G T I N T R O N G M Ạ N G G S M 4.1. (ỉiứi thiệu:
G S M là m ộ t c h u ẩ n cho th ơ n g tin di đ ộ n g s ố được c h ấ p n hận khắp th ế giới. Nĩ là m ộ t c h u ẩ n m ớ, và liên tục được phát triển. M ột trong các ưu điểm lớn n h ấ t c ủ a nĩ là k h á năng di đ ộ n g quốc tế. Với h à n g tỷ thuê bao trên tồn cầu. nhiều người d ã đặt ra câu hỏi liệu vấn đề an ninh trên m ạn g cĩ được đ ảm bảo hay khơng? Hiệp hội GSM đã trà lời n h ư sau: “ N g a y từ đầu, m ạn g G S M đ ã được thiết k ế với rát nhiều m ức an ninh